王英

安徽省建筑設(shè)計研究總院股份有限公司 安徽 合肥 230002

引言

BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）技術(shù)是一種應(yīng)用于工程設(shè)計建造管理的數(shù)據(jù)化工具，在BIM模型中可以歸納整理與項目相關(guān)的各類信息，在各類項目籌劃、工程施工，乃至后期使用維護的全生命周期過程中進行信息共享及信息傳遞的重要工作，充分幫助各類工程技術(shù)人員對所關(guān)注的建筑信息作出正確研判、有效處理、高效應(yīng)對，為參與項目的各個主體提供協(xié)同工作的平臺和基礎(chǔ)，在提高項目推進效率、有效節(jié)約工程成本及縮短工程項目工期等方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

大商業(yè)建筑規(guī)模同常規(guī)建筑相比相對更大，建筑的空間布局及使用功能較為復(fù)雜，工程人員在設(shè)計中遭遇較大挑戰(zhàn)及困難，因此更需要BIM技術(shù)進行配合。近年來，BIM技術(shù)發(fā)展勢頭迅猛，大商業(yè)建筑中BIM技術(shù)占據(jù)的作用日益凸顯，若能合理有效地利用BIM技術(shù)，一方面可以在二維施工圖階段對設(shè)計方案進行優(yōu)化，減少施工圖變更量；另一方面也會大大便于現(xiàn)場施工，加快工程項目推進速度，節(jié)約投資成本。

1 大型商業(yè)建筑概況

大商業(yè)建筑底部多為大型商鋪、兒童游樂、連鎖超市等，中間樓層常為商鋪、餐飲、游樂、影廳、影城辦公、健身房等功能，頂層多為商業(yè)管理用房、員工餐廳、健身房及各類機房等，建筑平面尺寸常為約100～200m左右，單層面積約20000m2左右，空間布局及使用功能較為復(fù)雜[1]。

2 BIM結(jié)構(gòu)設(shè)計特點

業(yè)態(tài)需求繁多、建筑規(guī)模較大，結(jié)構(gòu)布置較為復(fù)雜。該類大商業(yè)使用需求較為復(fù)雜，為應(yīng)對各類不同建筑空間功能及使用需求，結(jié)構(gòu)布置需逐塊、逐區(qū)域進行考慮，因此也給BIM結(jié)構(gòu)建模及復(fù)核帶來較多困難，且因為招商條件的更迭，各區(qū)域業(yè)態(tài)及相應(yīng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計也隨之頻繁變更，更是給BIM模型更新及調(diào)整帶來諸多挑戰(zhàn)。

上部結(jié)構(gòu)連成一體，體型超長，因此BIM建模量大面廣，內(nèi)容較多，單層工作量較大，就筆者親歷的幾個大型商業(yè)綜合體來看，此類結(jié)構(gòu)通常長寬尺寸為100～200m左右，單層面積10000～20000m2，需要BIM設(shè)計師極為耐心地按軸線分塊分段進行BIM三維設(shè)計，確保建模準(zhǔn)確無誤。

大開洞及大懸挑較多。該類大商業(yè)內(nèi)部多設(shè)中庭，平面布置上為條帶狀、圓環(huán)狀分布，將整個建筑分割為中間孤島商業(yè)和外圈商業(yè)，此類大開洞及因開洞引起的大跨度、大懸挑的結(jié)構(gòu)布置給BIM建模帶來較大工作量，建模難度極大，十分考驗BIM設(shè)計師的操作技能。

一根柱頭搭設(shè)多根梁。由上條所述的大商業(yè)結(jié)構(gòu)布置特點，在較大洞口及懸挑較大的受力復(fù)雜結(jié)構(gòu)部位，通常會存在多根梁搭設(shè)至一根柱頭上的情況，針對此類情況BIM建模更應(yīng)求真求準(zhǔn)，妥善處理好多梁搭接處的構(gòu)件扣減關(guān)系，做好局部柱頭柱托的處理工作。

局部大跨度梁及梁上立柱等。該類情況常出現(xiàn)在大商業(yè)結(jié)構(gòu)的頂層，因多功能會議室、放映廳等大空間工程需求，需取消下部部分柱子以在屋面形成大空間房間，導(dǎo)致大跨度結(jié)構(gòu)出現(xiàn)，此類跨度常為20～30m左右；部分出屋面機房等，無法續(xù)用下部柱網(wǎng)，需單獨設(shè)置出屋面柱，導(dǎo)致梁上立柱結(jié)構(gòu)出現(xiàn)，因此BIM結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需要對此類部位重點關(guān)注、重點設(shè)計，確保BIM建模準(zhǔn)確無誤。

屋面排水找坡建模。建筑屋面排水找坡做法通長有兩種方式，在排水距離較短時，一般采用建筑找坡，做出排水坡度，結(jié)構(gòu)板為平板，此種做法結(jié)構(gòu)附加荷載在常規(guī)范圍內(nèi)，施工支模較為方便簡單，與傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)層樓面做法相似。在排水距離較大時，因建筑找坡距離較長，建筑找坡引起的結(jié)構(gòu)屋面板附加恒載較大，此時建筑找坡已不再合理，一般會采用結(jié)構(gòu)板找坡，利用結(jié)構(gòu)板自身坡度實現(xiàn)建筑排水坡度，減小屋面附加恒載，節(jié)約成本，確保屋面排水合理暢通，但為施工支模增加較大難度。在大型商業(yè)結(jié)構(gòu)中，因結(jié)構(gòu)體型尺寸較大，建筑坡面排水距離較長（單邊排水距離8～10m），故而一般均會采用結(jié)構(gòu)找坡的形式保障屋面排水，根據(jù)建筑的排水路線布置，整個大商業(yè)屋面通常會被分割成多個坡度方向不一、坡度大小不同的斜屋面結(jié)構(gòu)板，且找坡距離大、坡度大，最高處結(jié)構(gòu)板高差300～500mm，勢必引起多處上翻下掛，且斜屋面板與屋面管井、出屋面房間、虹吸雨水口、設(shè)備基礎(chǔ)、采光頂反沿等出屋面構(gòu)筑物的交接處理均需要格外關(guān)注，這就要求BIM設(shè)計師，在處理大型商業(yè)結(jié)構(gòu)屋面建模設(shè)計時，額外注意此類因斜屋面板引起的結(jié)構(gòu)高差處理、復(fù)雜節(jié)點構(gòu)造等問題，方可完整并精確地實現(xiàn)大型商業(yè)結(jié)構(gòu)屋面BIM建模工作。

考慮到該類地下室頂板及底板結(jié)構(gòu)布置復(fù)雜、標(biāo)高變化多樣、結(jié)構(gòu)與設(shè)備管線碰撞較多，BIM建模工作中在地下室建模時需格外注意建模的精準(zhǔn)度，并且設(shè)計過程中隨著上部業(yè)態(tài)頻繁調(diào)整，地下室也相應(yīng)調(diào)整，大大增加地下室BIM建模工作量，特別是基礎(chǔ)部分，比如常見的獨立基礎(chǔ)加筏板的形式，基礎(chǔ)標(biāo)高變化大，設(shè)計過程中基礎(chǔ)修改較多，同時影響墊層和墊層防水聯(lián)改量大。另外，地下室工程中需額外注意結(jié)構(gòu)與設(shè)備的管線碰撞，BIM結(jié)構(gòu)建模應(yīng)注意與設(shè)備水、暖、電等專業(yè)管線的融合，及時發(fā)現(xiàn)碰撞點及不合理處，提請其他專業(yè)及二維施工圖人員核查校驗，確保地下室功能正常運行，實現(xiàn)地下室功能完整合理[2]。

3 BIM技術(shù)應(yīng)用要點

3.1 BIM模型構(gòu)建

大型商業(yè)BIM結(jié)構(gòu)設(shè)計建模主要包括地下四大塊、基礎(chǔ)部分、主體部分、詳圖部分等。其中梁和基礎(chǔ)底板建模工作量最大。梁建模需要分跨建模并且要求錄入材質(zhì)、編號、跨數(shù)、截面尺寸、標(biāo)高、定位、砼等級以及抗震等級?；A(chǔ)底板形式多樣，建模子項多，包括獨立基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)、樁基、承臺、防水板、集水坑、電梯坑、排水溝、設(shè)備基礎(chǔ)、墊層、墊層防水層、后澆帶等，并且要錄入基礎(chǔ)的材質(zhì)、尺寸、標(biāo)高、定位、砼等級、抗?jié)B等級。而一旦設(shè)計有修改，BIM需要重復(fù)勞動，并且由于模型太大，導(dǎo)致錄入緩慢。

3.2 設(shè)計優(yōu)化

BIM結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，提前發(fā)現(xiàn)二維設(shè)計問題，提出優(yōu)化方案，并在三維模型中進行專業(yè)綜合。其中重點核查區(qū)域包括中庭、樓電梯間、基礎(chǔ)底板、坡道。其中，中庭區(qū)域重點核查弧形不規(guī)則梁，梁梁交接以及梁板交接關(guān)系、扶梯梁缺口范圍及標(biāo)高、變截面梁與封口梁的關(guān)系等。樓電梯間區(qū)域重點核查凈高、梯梁梯柱與建筑門之間碰撞關(guān)系以及設(shè)備開洞的預(yù)留。底板區(qū)域重點核查基坑和集水坑構(gòu)造以及坑底標(biāo)高、降板區(qū)域高差關(guān)系、底板板厚不同是否區(qū)分。坡道重點核查坡道入口處凈高以及坡道各段坡度、坡道頂?shù)着潘疁显O(shè)置。

3.3 三維管線綜合

該部分工作的主要任務(wù)是在各專業(yè)模型基礎(chǔ)上，利用BIM三維技術(shù)核查二維施工圖設(shè)計中土建專業(yè)內(nèi)、土建與設(shè)備專業(yè)間的各類碰撞，優(yōu)化并減少硬碰撞，避免各類土建及設(shè)備的空間沖突問題，避免設(shè)計錯誤傳遞到施工階段。根據(jù)碰撞報告對全專業(yè)模型進行管綜優(yōu)化，在滿足施工條件的情況下盡可能提高凈空，提升建筑物的使用體驗，對優(yōu)化后仍無法滿足凈高要求的區(qū)域進行整理和統(tǒng)計，并出具報告。同時也讓施工方提前介入到項目設(shè)計生產(chǎn)中，對項目生產(chǎn)成果了解前置，重點區(qū)域管綜方案進行簽字確認(rèn)，將施工問題提前到設(shè)計階段解決，不僅節(jié)約了項目成本，同時為項目質(zhì)量的保證夯實了基礎(chǔ)。

3.4 三維可視化

利用可視化軟件對項目重點區(qū)域和設(shè)計方案在三維仿真場景下提供更直觀、更有效的比選依據(jù)，對方案的美觀性、合理性進行分析和優(yōu)化，協(xié)助選擇最優(yōu)的設(shè)計方案。

3.5 一鍵算量

直接利用BIM模型，根據(jù)BIM的構(gòu)件分類標(biāo)準(zhǔn)，把工程中的構(gòu)件按族類別、族名稱、族類型等進行分類，根據(jù)族的這些屬性，BIM算量軟件提供一套默認(rèn)的智能映射方案（構(gòu)件庫），把設(shè)計的族構(gòu)件轉(zhuǎn)換為算量模型的構(gòu)件類型，同時完成構(gòu)件的清單掛接，再執(zhí)行成本智能式的一鍵算量，最終實現(xiàn)100%掛接。

3.6 施工模擬

大型商業(yè)綜合體規(guī)模大，施工難度高，很多施工問題都很難在施工前被發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)都是在一個施工階段完成后才被發(fā)現(xiàn)。通過基于BIM技術(shù)應(yīng)用的施工模擬，以三維模擬的方式直觀地展示。提前發(fā)現(xiàn)施工問題，及時反饋給各參與方，及時調(diào)整，減少返工和整改的頻率，提升項目施工質(zhì)量。

3.7 插件研發(fā)

模型精細(xì)度要求高，如墊層和墊層防水必須按構(gòu)造層分層建模，墻梁板柱必須按照算量規(guī)則完成扣減，這些工作都需要人工全程處理，耗時耗工。因此在模型構(gòu)建階段開發(fā)“拾面生成墻板命令”支持鏈接模型的墊層生成，并且該命令適用于其余傾斜構(gòu)件的面層生成。同時也針對一鍵扣減功能，開發(fā)基于BIM建模軟件的一鍵扣減插件，既節(jié)省了工時，又節(jié)省了人力[3]。

4 大型商業(yè)BIM技術(shù)應(yīng)用的重要性

在該類大商業(yè)項目中，BIM技術(shù)憑借其集成化和數(shù)字化的優(yōu)勢，避免施工過程中返工、窩工問題，在提升建筑品質(zhì)、有效控制造價投資等方面帶來了巨大的收獲。不僅如此，BIM在改善大型商業(yè)綜合體技術(shù)結(jié)構(gòu)、改善并提高工作協(xié)同能力、累計匯總項目實時數(shù)據(jù)、提高維護參與方管理協(xié)調(diào)能力水平、降低后期運行維護等工作的投資、實現(xiàn)建筑全生命期管理方面都將是一個關(guān)鍵因素。其應(yīng)用重要性具體表現(xiàn)在以下幾個方面。

4.1 提升項目品質(zhì)

利用BIM技術(shù)進行三維可視化分析、三維碰撞核查、各類施工模擬等工作，可以從中挖掘相應(yīng)設(shè)計問題，改善并提高結(jié)構(gòu)設(shè)計水平及質(zhì)量，減少施工過程中的拆改，優(yōu)化室內(nèi)凈高和觀感，提升項目工程質(zhì)量 。

4.2 提高工程收益

利用BIM技術(shù)模擬功能，均可以在施工前就能挖掘圖紙及施工過程中可能遇到的設(shè)計缺陷及施工問題?；诖耍偘笆┕挝豢梢該?jù)此對施工流水段合理排布，有效降低因施工組織排布及物料使用的不合理而引起項目成本的增加。同時，利用BIM一鍵算量技術(shù)，可以有效提高施工過程中工作量、用料量的精確統(tǒng)計工作，極大節(jié)約了項目成本。

4.3 提高溝通效率

通過BIM總發(fā)包項目管理平臺，打造現(xiàn)場協(xié)同、資料管理、物料跟蹤、二維碼應(yīng)用、 BIM模型管理、質(zhì)安管理、計劃管理、成本管理一體化集成的智慧建造體系，可以有效解決傳統(tǒng)方式填報統(tǒng)計模式信息系統(tǒng)落地性差、周期長、成本高、實時性差等難題[4]。

5 結(jié)束語

綜上，大型商業(yè)類的建筑結(jié)構(gòu)，因體型復(fù)雜，設(shè)計施工難度大，在此類項目設(shè)計過程中需要格外重視BIM結(jié)構(gòu)設(shè)計。綜合考慮上述此類建筑的設(shè)計重點及難點，需要從事BIM結(jié)構(gòu)設(shè)計的同行們系統(tǒng)地、完善地考慮各個設(shè)計節(jié)點的質(zhì)量把控和精度把控，確保項目順利推進。筆者僅以親自主持完成的幾個大型商業(yè)綜合體BIM結(jié)構(gòu)設(shè)計為例，總結(jié)并給出了相應(yīng)的BIM設(shè)計經(jīng)驗與建議，以期給同樣進行此類項目的同行提供一定價值的參考和借鑒，為共同推進BIM技術(shù)的進步踔厲奮進。